(57)【要約】【課題】冷凍機を用いた水冷却装置において、凝縮器の熱の有効利用を図る。【解決手段】蒸気圧縮機４は、貯水タンク８内の気体を吸引排出して、貯水タンク８内を減圧すると共に、貯水タンク８から吸引した水蒸気を圧縮して吐出する。ヒートポンプ６は、冷媒圧縮機５、凝縮器７、膨張弁２５および蒸発器２６が順次環状に接続されて構成される。凝縮器７は、ヒートポンプ６の冷媒と貯水タンク８の水との間接熱交換器とされる。蒸発器２６は、ヒートポンプ６の冷媒と空調機への水との間接熱交換器とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水部内の気体を吸引排出して、前記貯水部内を減圧すると共に、前記貯水部から吸引した水蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、
冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、
前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、
前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされる
ことを特徴とする水冷却装置。
【請求項２】
水が貯留される貯水タンクをさらに備え、
この貯水タンクが、前記貯水部とされ、
前記凝縮器は、冷媒流路と水流路とを有する間接熱交換器とされ、
前記冷媒流路には、前記ヒートポンプの冷媒が通され、
前記水流路と前記貯水タンクとの間で、前記貯水タンク内の水が循環される
ことを特徴とする請求項１に記載の水冷却装置。
【請求項３】
前記凝縮器は、中空タンクとその内側に設けられる管路とから構成され、
前記中空タンクと前記管路との内、一方に前記ヒートポンプの冷媒が通され、他方に水が貯留されて前記貯水部とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の水冷却装置。
【請求項４】
前記中空タンクに水が貯留される一方、前記管路に前記ヒートポンプの冷媒が通され、
前記中空タンク内は、中途まで水が貯留されて、液相部と気相部とに分けられ、
前記管路は、少なくとも一部が前記中空タンク内の気相部に配置され、
この気相部に配置された管路へ向けて、前記中空タンク内の貯留水が噴霧される
ことを特徴とする請求項３に記載の水冷却装置。
【請求項５】
前記凝縮器は、冷媒流路と水流路とを有する間接熱交換器とされ、
前記冷媒流路には、前記ヒートポンプの冷媒が通され、
前記水流路には、水が貯留されて前記貯水部とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の水冷却装置。
【請求項６】
前記ヒートポンプとしての第一ヒートポンプの他に、一または複数段の追加ヒートポンプをさらに備え、
前記第一ヒートポンプの蒸発器は、前記第一ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされる代わりに、前記第一ヒートポンプの冷媒と最上段の前記追加ヒートポンプの冷媒との間接熱交換器とされて、最上段の前記追加ヒートポンプの凝縮器でもあり、
最下段の前記追加ヒートポンプの蒸発器は、最下段の前記追加ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水冷却装置。
【請求項７】
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、蒸気利用機器への給蒸路へ供給される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置。
【請求項８】
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、ボイラへの給水タンクへ供給される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置。
【請求項９】
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、
その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により蒸気化される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置。
【請求項１０】
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、
その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により加温されて、ボイラへの給水タンクへ供給される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置。
【請求項１１】
前記蒸気圧縮機と前記冷媒圧縮機との一方または双方が、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンにより駆動され、
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気が供給される箇所へ供給されるか、前記蒸気エンジンへ蒸気を供給するボイラへの給水タンクへ供給される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置。
【請求項１２】
前記蒸気圧縮機と前記冷媒圧縮機との一方または双方が、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンにより駆動され、
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、
その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により蒸気化されて、前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気が供給される箇所へ供給されるか、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により加温されて、前記蒸気エンジンへ蒸気を供給するボイラへの給水タンクへ供給される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置。
【請求項１３】
前記蒸気圧縮機にて圧縮される蒸気には、前記蒸気圧縮機自体またはその前段もしくは後段において注水される
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水冷却装置。
【請求項１４】
前記蒸気圧縮機は、前記貯水部内の気体を気水分離器を介して吸引排出し、
前記気水分離器にて分離された水は、ボイラへの給水タンクへ供給されるか、ボイラへの給水と間接熱交換されて前記貯水部へ戻される
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の水冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調や食品冷却の他、エンジンの冷却などのために冷水を得たり、工場などからの廃温水を冷却したりする水冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるように、冷凍機を用いて冷水を得る水冷却装置が知られている。しかしながら、冷凍機の凝縮器は、熱量を大量に大気中に捨てるので、この点で改善の余地がある。仮に冷凍機の凝縮器からの放熱を用いて蒸気を得ようとしても、水以外の冷媒による冷凍機の場合、その冷媒の臨界温度は低温領域にあることから、得られる蒸気温度に限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９２３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、冷凍機を用いた水冷却装置において、凝縮器の熱の有効利用を図り、エネルギー効率を向上することにある。また、装置の大型化を防止しつつ、幅広い温度領域の蒸気を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、貯水部内の気体を吸引排出して、前記貯水部内を減圧すると共に、前記貯水部から吸引した水蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされることを特徴とする水冷却装置である。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、ヒートポンプの蒸発器を用いて水（工場排水などでもよい）を冷却することができる。その一方、ヒートポンプの凝縮器を用いて貯水部の水を加温し、さらに貯水部内の水を蒸気圧縮機により蒸気化して、蒸気利用機器にて使用したり、ボイラへの給水の予熱などに利用したりできる。貯水部内の水は、ヒートポンプの冷媒との熱交換により加温を図られるが、蒸気圧縮機による減圧で冷却も図られるので、凝縮器における水と冷媒との熱交換は有効になされる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、水が貯留される貯水タンクをさらに備え、この貯水タンクが、前記貯水部とされ、前記凝縮器は、冷媒流路と水流路とを有する間接熱交換器とされ、前記冷媒流路には、前記ヒートポンプの冷媒が通され、前記水流路と前記貯水タンクとの間で、前記貯水タンク内の水が循環されることを特徴とする請求項１に記載の水冷却装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、凝縮器とは別に貯水タンクを備える。貯水タンク内の飽和蒸気温度は蒸気圧縮機により調整できるが、凝縮器にて加温される水の温度を、貯水タンク内の飽和蒸気温度よりも高くすれば、貯水タンク内でフラッシュ蒸気を生じさせ、蒸気の発生を促すことができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記凝縮器は、中空タンクとその内側に設けられる管路とから構成され、前記中空タンクと前記管路との内、一方に前記ヒートポンプの冷媒が通され、他方に水が貯留されて前記貯水部とされることを特徴とする請求項１に記載の水冷却装置である。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、貯水タンクを別途設けることなく、簡易な構成で水冷却装置を実現することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記中空タンクに水が貯留される一方、前記管路に前記ヒートポンプの冷媒が通され、前記中空タンク内は、中途まで水が貯留されて、液相部と気相部とに分けられ、前記管路は、少なくとも一部が前記中空タンク内の気相部に配置され、この気相部に配置された管路へ向けて、前記中空タンク内の貯留水が噴霧されることを特徴とする請求項３に記載の水冷却装置である。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、冷媒が通される管路へ向けて水を噴霧することで、蒸気の発生を一層促すことができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記凝縮器は、冷媒流路と水流路とを有する間接熱交換器とされ、前記冷媒流路には、前記ヒートポンプの冷媒が通され、前記水流路には、水が貯留されて前記貯水部とされることを特徴とする請求項１に記載の水冷却装置である。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、貯水タンクを別途設けることなく、簡易な構成で水冷却装置を実現することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記ヒートポンプとしての第一ヒートポンプの他に、一または複数段の追加ヒートポンプをさらに備え、前記第一ヒートポンプの蒸発器は、前記第一ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされる代わりに、前記第一ヒートポンプの冷媒と最上段の前記追加ヒートポンプの冷媒との間接熱交換器とされて、最上段の前記追加ヒートポンプの凝縮器でもあり、最下段の前記追加ヒートポンプの蒸発器は、最下段の前記追加ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水冷却装置である。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、ヒートポンプを複数段とすることで、圧縮比を抑えることができ、各段のヒートポンプの圧縮機や蒸発器などの構成を小型化することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、蒸気利用機器への給蒸路へ供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置である。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、蒸気圧縮機により得られる蒸気を、各種の蒸気利用機器において利用することができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、ボイラへの給水タンクへ供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置である。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、蒸気圧縮機により得られる蒸気を給水タンクへ吹き込んで、ボイラの給水の予熱を図ることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により蒸気化されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置である。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、蒸気圧縮機により得られる蒸気を用いて、補給水を蒸気化し、その蒸気を各種の蒸気利用機器において利用することができる。蒸気圧縮機からの蒸気を直接に蒸気利用機器へ送る場合と比べて、蒸気利用機器へ送り込む蒸気の質を維持しやすい。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により加温されて、ボイラへの給水タンクへ供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置である。
【００２４】
請求項１０に記載の発明によれば、蒸気圧縮機により得られる蒸気を用いて、ボイラの給水の予熱を図ることができる。蒸気圧縮機からの蒸気を直接に給水タンクへ送る場合と比べて、水質の管理が容易となる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、前記蒸気圧縮機と前記冷媒圧縮機との一方または双方が、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンにより駆動され、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気が供給される箇所へ供給されるか、前記蒸気エンジンへ蒸気を供給するボイラへの給水タンクへ供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置である。
【００２６】
請求項１１に記載の発明によれば、蒸気エンジンを用いることで、電動機のみを用いる場合と比べて、蒸気圧縮機の駆動コストを低減することができる。また、蒸気圧縮機からの蒸気は、蒸気エンジンにて使用後の蒸気が供給される箇所へ供給されるか、蒸気エンジンへ蒸気を供給するボイラへの給水タンクへ供給されるので、一層効率がよい。
【００２７】
請求項１２に記載の発明は、前記蒸気圧縮機と前記冷媒圧縮機との一方または双方が、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンにより駆動され、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により蒸気化されて、前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気が供給される箇所へ供給されるか、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により加温されて、前記蒸気エンジンへ蒸気を供給するボイラへの給水タンクへ供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水冷却装置である。
【００２８】
請求項１２に記載の発明によれば、蒸気エンジンを用いることで、電動機のみを用いる場合と比べて、蒸気圧縮機の駆動コストを低減することができる。また、蒸気圧縮機からの蒸気と間接熱交換される補給水は、蒸気化されて蒸気エンジンにて使用後の蒸気が供給される箇所へ供給されるか、加温されて蒸気エンジンへ蒸気を供給するボイラへの給水タンクへ供給されるので、一層効率がよい。しかも、蒸気圧縮機からの蒸気を直接に蒸気利用機器へ送ったり、蒸気圧縮機からの蒸気を直接に給水タンクへ送ったりする場合と比べて、蒸気または水の管理が容易である。
【００２９】
請求項１３に記載の発明は、前記蒸気圧縮機にて圧縮される蒸気には、前記蒸気圧縮機自体またはその前段もしくは後段において注水されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水冷却装置である。
【００３０】
請求項１３に記載の発明によれば、蒸気圧縮機またはその前段もしくは後段における注水量を調整することで、所望の蒸気を得ることができる。
【００３１】
さらに、請求項１４に記載の発明は、前記蒸気圧縮機は、前記貯水部内の気体を気水分離器を介して吸引排出し、前記気水分離器にて分離された水は、ボイラへの給水タンクへ供給されるか、ボイラへの給水と間接熱交換されて前記貯水部へ戻されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の水冷却装置である。
【００３２】
請求項１４に記載の発明によれば、ヒートポンプの凝縮器から蒸気と熱水とを得ることができ、熱水を用いて、ボイラへの給水の予熱を図ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、冷凍機を用いた水冷却装置において、凝縮器の熱の有効利用を図り、エネルギー効率を向上することができる。また、ヒートポンプで予熱後の水を蒸気圧縮機で蒸気化することで、幅広い温度領域の蒸気を得ることができると共に、装置の大型化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の水冷却装置の実施例１が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の水冷却装置の実施例２が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。
【図３】本発明の水冷却装置の実施例３が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。
【図４】本発明の水冷却装置の実施例４が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。
【図５】本発明の水冷却装置の実施例５が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。
【図６】本発明の水冷却装置の実施例６が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。
【図７】本発明の水冷却装置の実施例７が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。
【図８】本発明の水冷却装置の実施例８が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。
【図９】本発明の水冷却装置の実施例９が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。
【図１０】本発明の水冷却装置の実施例１０が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。
【図１１】本発明の水冷却装置の実施例１１が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。
【図１２】本発明の水冷却装置の実施例１２が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。
【図１３】図１の水冷却装置の変形例を示す図であり、一部を省略して示している。
【図１４】図１の水冷却装置の他の変形例を示す図であり、一部を省略して示している。
【図１５】図１の水冷却装置のさらに別の変形例を示す図であり、一部を省略して示している。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本発明の水冷却装置の実施例１が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。この蒸気利用システム１は、ボイラ２と、このボイラ２からの蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジン３と、この蒸気エンジン３により駆動される蒸気圧縮機４および冷媒圧縮機５と、この冷媒圧縮機５を含んで構成されるヒートポンプ６と、このヒートポンプ６の凝縮器７との間で水を循環可能な貯水タンク８とを備える。
【００３７】
ボイラ２は、蒸気ボイラであれば、その構成を特に問わない。ボイラ２には、給水タンク９からの水が、給水路１０を介して供給される。給水路１０には、給水ポンプ１１が設けられており、この給水ポンプ１１の作動の有無により、ボイラ２への給水の有無が切り替えられる。給水タンク９は、補給水路１２から適宜水が供給されて、所望水位に維持される。給水タンク９への補給水路１２には純水装置または軟水装置（図示省略）が備えらており、純水または軟水が給水タンク９に供給される。なお、給水タンク９には、蒸気利用機器からドレンを回収してもよい。
【００３８】
ボイラ２に供給された水は、ボイラ２で蒸気化される。ボイラ２からの蒸気は、所望により蒸気ヘッダ（図示省略）を介して、一または複数の各種の蒸気利用機器（図示省略）へ送られる。
【００３９】
この種の蒸気利用機器の一つとして、蒸気エンジン３がある。蒸気エンジン３は、蒸気を用いて動力を起こす原動機であれば、その構成を特に問わないが、たとえばスクリュ式蒸気エンジンとされる。スクリュ式蒸気エンジンは、中空のケーシング内に、互いにかみ合うようスクリュロータが設けられて構成される。スクリュロータ間には蒸気が導入され、スクリュロータの回転が図られる。そして、このスクリュロータの回転により、回転動力が出力される。この間、蒸気は、蒸気エンジン３を通過することで、膨張して減圧される。
【００４０】
蒸気エンジン３には、ボイラ２からの蒸気が給蒸路１３を介して供給される。蒸気エンジン３への給蒸路１３には、給蒸弁１４が設けられる。この給蒸弁１４の開閉または開度を調整することで、蒸気エンジン３の作動の有無または出力を調整できる。
【００４１】
蒸気エンジン３は、供給される蒸気により回転駆動力を得る装置であるが、蒸気エンジン３において蒸気は膨張して減圧される。従って、蒸気エンジン３は、各圧縮機４，５の駆動源としてだけでなく、減圧弁としても機能する。これにより、蒸気エンジン３にて使用後の蒸気は、減圧弁通過後の蒸気として、各種の蒸気利用機器において、そのまま利用することもできる。そのために、蒸気エンジン３にて使用後の蒸気は、排蒸路１５を介して蒸気利用機器へ送られる。
【００４２】
蒸気エンジン３への給蒸路１３と蒸気エンジン３からの排蒸路１５とは、バイパス路１６で接続される。このバイパス路１６には、バイパス弁１７が設けられる。バイパス弁１７は、好適には自力式の減圧弁とされ、二次側（蒸気の下流側）の蒸気圧を所定に維持するように、機械的に自力で開度を調整する。このようなバイパス路１６を設けておけば、バイパス弁１７の二次側の蒸気利用機器に安定して蒸気を供給することができる。たとえば、給蒸弁１４を閉じて蒸気エンジン３を停止した状態でも、バイパス路１６を介して蒸気利用機器に蒸気を供給することができる。
【００４３】
蒸気圧縮機４は、その構成を特に問わず、また段数も問わない。たとえば、羽根車式（たとえば軸流式または遠心式）の圧縮機と、その後段にさらに容積式（たとえばスクリュ式）の圧縮機を設けてもよい。蒸気圧縮機４は、貯水タンク８内の気体を、吸入路１８を介して吸引排出して、貯水タンク８内を減圧する。貯水タンク８内が減圧されることで、貯水タンク８内の水は沸騰を図られる。この沸騰による水蒸気と、後述のフラッシュ蒸気とを、蒸気圧縮機４は吸引圧縮して吐出する。蒸気圧縮機４から吐出された蒸気は、吐出路１９を介して各種の蒸気利用機器（蒸気圧縮機４を駆動する蒸気エンジン３以外の蒸気利用機器）へ送られて使用される。図示例では、この吐出路１９は、蒸気エンジン３からの排蒸路１５と合流して、蒸気利用機器へ蒸気を供給する。つまり、蒸気圧縮機４からの吐出路１９は、蒸気利用機器への給蒸路ともいえる。
【００４４】
貯水タンク８からの水蒸気は、蒸気圧縮機４において圧縮され、本来は過熱蒸気となる。従って、蒸気圧縮機４からは過熱蒸気を得てもよいが、蒸気圧縮機４自体またはその前段（蒸気圧縮機４への吸込側）もしくは後段（蒸気圧縮機４からの吐出側）において適宜注水して飽和蒸気を得てもよい。また同様に、蒸気圧縮機４自体またはその前段もしくは後段において適宜注水して、所望の過熱度の過熱蒸気を得てもよい。つまり、注水量を調整することにより、所望の蒸気を得ることができる。但し、典型的には、蒸気圧縮機４またはその前段もしくは後段への注水により、飽和蒸気を得る構成とされる。この際、蒸気圧縮機４の前段に注水するのが好ましいが、ここでは説明の便宜上、図１において注水路２０として示すように、蒸気圧縮機４へ注水するものとして説明する。注水路２０には注水弁２１が設けられており、この注水弁２１により蒸気圧縮機４への注水量を調整できる。
【００４５】
ところで、貯水タンク８は、内部空間の減圧に耐える中空容器であり、貯水部として機能する。貯水タンク８は、補水路２２から適宜水が供給されて、所望水位に維持される。たとえば、貯水タンク８に設けた水位センサ２３により補水弁２４を制御して、貯水タンク８内の水位は所望に維持される。貯水タンク８内の水は、蒸気圧縮機４により蒸気化され、蒸気利用機器で使用された後、ドレンとして給水タンク９へ戻されてボイラ２へ供給され得る点を考慮すると、この場合には、貯水タンク８内の水は純水または軟水とするのが好ましい。また、同様の理由で、蒸気圧縮機４において注水される水も、純水または軟水とするのが好ましい。
【００４６】
貯水タンク８は、中途まで水が貯留され、気相部と液相部とに分けられる。貯水タンク８の気相部は、前述したように吸入路１８を介して、蒸気圧縮機４の吸入口に接続される。これにより、蒸気圧縮機４により貯水タンク８内の気体を吸引排出して、貯水タンク８内を減圧することができる。貯水タンク８内を減圧すると、貯水タンク８内の貯留水は蒸発を促され、その気化潜熱により貯留水の冷却が図られる。従って、後述するように、貯水タンク８の水とヒートポンプ６の冷媒との熱交換は、凝縮器７において有効になされる。
【００４７】
蒸気圧縮機４および冷媒圧縮機５は、蒸気エンジン３で駆動される。図では、蒸気エンジン３の出力軸と各圧縮機４，５の入力軸とが共通の軸として示されるが、減速歯車などを介して別個の軸としてもよいのは言うまでもない。また、各圧縮機４，５は、蒸気エンジン３に代えてまたはこれに加えて、電動機で駆動可能としてもよい。
【００４８】
ヒートポンプ６は、冷媒圧縮機５、凝縮器７、膨張弁２５および蒸発器２６が順次環状に接続されて構成される。冷媒圧縮機５は、冷媒を圧縮して高温高圧の気体にする。冷媒圧縮機５からの気化冷媒は、凝縮器７へ送られる。凝縮器７は、冷媒圧縮機５からの気化冷媒を凝縮液化する。凝縮器７からの液化冷媒は、膨張弁２５へ送られる。膨張弁２５は、凝縮器７からの液化冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器２６は、膨張弁２５からの冷媒を蒸発させる。
【００４９】
ヒートポンプ６には、冷媒として水以外が用いられる。ヒートポンプ６の冷媒は、水よりも臨界温度が低く、たとえばフロン系冷媒、ハイドロカーボン系冷媒、アンモニアや二酸化炭素といった自然冷媒である。
【００５０】
凝縮器７についてさらに詳細に説明すると、凝縮器７は、冷媒流路と水流路とを有し、冷媒と水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。冷媒圧縮機５からの冷媒は、凝縮器７の冷媒流路を通され、膨張弁２５へ送られる。一方、貯水タンク８内の水は、凝縮器７の水流路を通され、貯水タンク８へ戻される。
【００５１】
具体的には、貯水タンク８と凝縮器７とは、タンク水供給路２７とタンク水戻し路２８とを介して接続されている。そして、タンク水供給路２７には、タンク水送水ポンプ２９が設けられている。従って、貯水タンク８内の水は、タンク水供給路２７を介して凝縮器７へ供給され、凝縮器７の水流路を通されて、タンク水戻し路２８を介して貯水タンク８へ戻される。このようにして、凝縮器７においては、冷媒の冷却を図る一方、水の加温を図ることができる。
【００５２】
ところで、貯水タンク８内を蒸気圧縮機により減圧する一方、凝縮器７において加温された水を貯水タンク８内へ戻すので、貯水タンク８内には、いわゆるフラッシュ蒸気が生じる。この際、タンク水戻し路２８の中途や貯水タンク８への開口部にノズルチップなどの圧損部を設けておけば、貯水タンク８の側でのみフラッシュ蒸気を生じさせることができる。但し、このような圧損部の設置は任意である。また、タンク水戻し路２８からの温水は、貯水タンク８の液相部に排出してもよいが、フラッシュ蒸気を多く生じさせるには、貯水タンク８の気相部に吐出するのが好ましい。この際、貯水タンク８の気相部に噴霧すれば、一層蒸発が促される。
【００５３】
蒸発器２６についてさらに詳細に説明すると、蒸発器２６も、冷媒流路と水流路とを有し、冷媒と水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。膨張弁２５からの冷媒は、蒸発器２６の冷媒流路を通され、冷媒圧縮機５へ送られる。一方、蒸発器２６の水流路には、水が通され、その水は、空調機や食品機械などの各種の冷却器（図示省略）で使用される。たとえば、空調機の室内機（ファンコイルユニット）を冷却器として、この冷却器に蒸発器２６からの水を冷水供給路３０を介して供給し、冷却器にて使用後の水は冷水戻し路３１を介して蒸発器２６へ戻される。冷水供給路３０には冷水送水ポンプ３２が設けられており、この冷水送水ポンプ３２の作動の有無により、蒸発器２６と冷却器との間の水の循環の有無を切り替えることができる。また、冷水送水ポンプ３２をインバータ制御するか、冷水供給路３０または冷水戻し路３１に設けた流量調整弁の開度を調整することにより、蒸発器２６から冷却器へ供給する水の流量を調整することができる。
【００５４】
ところで、蒸発器２６と冷却器との間で水を循環させる以外に、蒸発器２６からの冷水を冷却器にて使い捨ててもよい。つまり、冷水戻し路３１を給水源からの給水路として用い、その給水を蒸発器２６にて冷却して冷水とし、その冷水を冷水供給路３０を介して冷却器へ供給してもよい。そして、その冷水は、食材の冷却などで使用されるが、使用後の水は、蒸発器２６へ戻さなくてもよい。
【００５５】
水冷却装置は、さらに制御器（図示省略）を備える。本実施例では、制御器は、給蒸弁１４、注水弁２１、補水弁２４、ヒートポンプ６（特に冷媒圧縮機５および膨張弁２５）、タンク水送水ポンプ２９および冷水送水ポンプ３２などの他、各種のセンサに接続され、このセンサによる検出信号などに基づき、前記各手段を制御する。たとえば、制御器は、蒸発器２６から冷却器へ供給する冷水の温度および／または流量を監視しつつ冷水送水ポンプ３２をインバータ制御することで、冷却器へ供給する冷水の温度や流量を所望に維持する。
【００５６】
センサによる検出対象としては、貯水タンク（貯水部）８から蒸気圧縮機４へ供給される蒸気の流量、蒸気圧縮機４から吐出される蒸気の圧力または温度、蒸発器２６から冷却器へ供給される冷水の温度、蒸発器２６から冷却器へ供給される冷水の流量、貯水タンク８内の温度（貯水タンク８内の水温でもよいし、また貯水タンク８内の温度ではなく圧力でもよい）、貯水タンク８へ供給される補給水の流量、貯水タンク８内の水位などの内、いずれか一以上が採用される。
【００５７】
一方、制御対象としては、蒸気圧縮機４（具体的には蒸気圧縮機４への注水量）、冷媒圧縮機５（具体的には冷媒圧縮機５の容量）、膨張弁２５、冷水送水ポンプ３２、タンク水送水ポンプ２９、補水弁２４などの内、いずれか一以上が採用される。
【００５８】
本実施例の水冷却装置によれば、蒸気エンジン３により各圧縮機４，５を駆動するので、ランニングコストの低減を図ることができる。また、凝縮器７、貯水タンク８および蒸気圧縮機４を用いることで、冷水製造時の廃熱で蒸気を発生させることができる。
【００５９】
また、本実施例によれば、ヒートポンプ６で予熱後の水を蒸気圧縮機４で蒸気化するので、ヒートポンプだけを用いる場合よりも高温領域の蒸気を得ることができる。すなわち、たとえばフロン系冷媒（たとえばＲ−２４５ｆａ）による冷凍機の凝縮器の放熱を利用して蒸気を得ようとしても、その冷媒の臨界温度が低い（１５０℃程度）ため、低温領域での蒸気（実用的には１１０〜１３０℃程度）を得るのが限界であるが、本実施例によれば、ヒートポンプ６で予熱後の水を蒸気圧縮機４で蒸気化するので、より高温領域での蒸気を得ることもできる。
【００６０】
しかも、本実施例によれば、ヒートポンプ６で予熱後の水を蒸気圧縮機４で蒸気化するので、ヒートポンプ６による予熱がない場合と比較して、蒸気圧縮機４など装置全体の構成が大型化するおそれがない。ヒートポンプ６の冷媒として水以外（たとえばフロン系冷媒）を用いる場合、水に比べて密度が比較的大きいので圧縮比が小さくて済み、圧縮機などの機器が大型化するおそれはないが、上述したように高温領域の蒸気を得られない。一方、ヒートポンプ６の冷媒として水を用いる場合には、上述したように高温領域の蒸気は得られるが、密度が比較的小さいので圧縮比を大きくしなければならず、圧縮機や蒸発器などの機器が大型化する不都合がある。ところが、本実施例では、水以外の冷媒を用いたヒートポンプ６と、このヒートポンプ６により予熱後の水を蒸気化する蒸気圧縮機４とが用いられる。低温領域では水以外の冷媒を用い、高温領域では水を用いることで、装置の大型化を防止しつつ、高温領域の蒸気を得ることができる。
【実施例２】
【００６１】
図２は、本発明の水冷却装置の実施例２が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。本実施例２の水冷却装置および蒸気利用システム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００６２】
前記実施例１では、蒸気圧縮機４からの蒸気は、蒸気利用機器へ送られて使用されたが、本実施例２では、蒸気圧縮機４からの蒸気は、ボイラ２の給水タンク９内に吹き込まれる。これにより、ボイラ２の給水の予熱を図ることができる。蒸気圧縮機４からの蒸気を給水タンク９へ供給することは、前記実施例１に限らず、後述の実施例５以降の各実施例にも同様に適用可能である。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明は省略する。
【実施例３】
【００６３】
図３は、本発明の水冷却装置の実施例３が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。本実施例３の水冷却装置および蒸気利用システム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００６４】
前記実施例１では、蒸気圧縮機４からの蒸気は、蒸気利用機器へ送られて使用されたが、本実施例３では、蒸気圧縮機４からの蒸気は、補給水との間接熱交換器３３を介して、貯水部としての貯水タンク８へ供給される。この間接熱交換器３３では、蒸気圧縮機４からの蒸気で、補給水（純水または軟水）が加熱され、蒸気化される。そして、その蒸気は、蒸気エンジン３からの排蒸路１５と合流するなどして、蒸気利用機器へ送られる。蒸気圧縮機４からの蒸気を直接に蒸気利用機器へ送る場合と比べて、蒸気の質の管理が容易となる。
【００６５】
本実施例３の場合、貯水タンク８内の水は閉回路を流れるので、蒸気圧縮機４において水を注入する場合には、貯水タンク８などから適宜排水可能とするのがよい。また、逆に、前記実施例１と同様に、貯水タンク８に補水路２２を設けてもよい。蒸気圧縮機４からの蒸気で補給水を蒸気化することは、前記実施例１に限らず、後述の実施例５以降の各実施例にも同様に適用可能である。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明は省略する。
【実施例４】
【００６６】
図４は、本発明の水冷却装置の実施例４が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。本実施例４の水冷却装置および蒸気利用システム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００６７】
前記実施例１では、蒸気圧縮機４からの蒸気は、蒸気利用機器へ送られて使用されたが、本実施例４では、蒸気圧縮機４からの蒸気は、補給水との間接熱交換器３３を介して、貯水部としての貯水タンク８へ供給される。この間接熱交換器３３では、蒸気圧縮機４からの蒸気で、補給水（純水または軟水）が加熱される。そして、このようにして加熱された水は、ボイラ２の給水タンク９へ供給される。このようにして、ボイラ２への給水の予熱を図ることができる。蒸気圧縮機４からの蒸気を直接に給水タンク９へ送る場合と比べて、水質の管理が容易となる。
【００６８】
本実施例４の場合、貯水タンク８内の水は閉回路を流れるので、蒸気圧縮機４において水を注入する場合には、貯水タンク８などから適宜排水可能とするのがよい。また、逆に、前記実施例１と同様に、貯水タンク８に補水路２２を設けてもよい。間接熱交換器３３を用いて、蒸気圧縮機４からの蒸気でボイラ２への給水を予熱することは、前記実施例１に限らず、後述の実施例５以降の各実施例にも同様に適用可能である。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明は省略する。
【００６９】
ところで、本実施例４や前記実施例３のように、貯水タンク８内の水を閉回路で流す場合、ヒートポンプ６の冷媒管路に万一、亀裂が発生し、漏れ出した冷媒が水に混入しても、その水は直接に使用される蒸気とはならないので、不都合が回避される。特に、蒸気圧縮機４からの蒸気で、ボイラ２の給水の予熱を図ろうとする場合に有効である。なぜなら、フロン系冷媒を用いた場合、一般にフロン系冷媒には圧縮機自体の保護を目的として油を含ませるため、ボイラ給水に油分が混入してしまうと、フォーミング（泡立ち）を起こしやすくなるが、本実施例の構成によれば、そのような事態を未然に防止できることになる。
【実施例５】
【００７０】
図５は、本発明の水冷却装置の実施例５が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。本実施例５の水冷却装置および蒸気利用システム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００７１】
前記実施例１では、凝縮器７とは別に貯水タンク８を設けたが、本実施例５では、貯水タンク８を凝縮器７に組み込んでいる。具体的には、凝縮器７は、中空タンク３４とその内側に設けられる管路３５とから構成される。そして、本実施例５では、中空タンク３４が前記実施例１における貯水タンク８と同様に貯水部とされる。すなわち、中空タンク３４は、吸入路１８を介して蒸気圧縮機４に接続されており、蒸気圧縮機４により減圧可能とされる。また、中空タンク３４には、補水路２２を介して水が供給可能とされる。一方、中空タンク３４内の管路３５には、ヒートポンプ６の冷媒が通される。この管路３５は、中空タンク３４内の水に浸漬されている。従って、ヒートポンプ６の冷媒は、中空タンク３４内の管路３５を通過中、中空タンク３４内の水と熱交換して冷却を図られる。逆に、中空タンク３４内の水は、ヒートポンプ６の冷媒により、加温を図られる。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明は省略する。
【実施例６】
【００７２】
図６は、本発明の水冷却装置の実施例６が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例６の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例５と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００７３】
前記実施例５では、凝縮器７を中空タンク３４とその内側を通される管路３５とから構成して、中空タンク３４に水を貯留する一方、管路３５にヒートポンプ６の冷媒を通した。これに対し、本実施例６では、凝縮器７を中空タンク３４とその内側を通される管路３５とから構成する点は同じであるが、中空タンク３４にヒートポンプ６の冷媒を通す一方、管路３５の一部または全部に水を貯留して貯水部とした。
【００７４】
本実施例６では、補水路２２から前記管路３５へ直接に水が供給される。その管路３５内の水は、中空タンク３４内の冷媒と間接熱交換して加温される。その管路３５の上部には、前記各実施例と同様に、吸入路１８を介して蒸気圧縮機４が接続されており、貯水部からの水蒸気が蒸気圧縮機４へ吸入される。その他の構成および制御は、前記実施例５と同様のため、説明は省略する。
【実施例７】
【００７５】
図７は、本発明の水冷却装置の実施例７が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例７の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例５と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００７６】
前記実施例５では、凝縮器７は、中空タンク３４とその内側を通される管路３５とから構成したが、本実施例７では、凝縮器７は、二つの管路３６，３７を有する間接熱交換器とされ、一方の管路３６を水流路とし、他方の管路３７を冷媒流路として使用される。冷媒流路には、前記実施例５と同様にヒートポンプの冷媒が通され、水流路には、前記実施例６と同様に水が貯留される。なお、間接熱交換器は、要は冷媒流路と水流路とを有し、冷媒と水とを間接熱交換すればよいので、プレート式熱交換器も含まれる。
【００７７】
本実施例７では、水流路を構成する管路３６には、補水路２２から直接に水が供給される。そして、水流路を構成する管路３６内の水は、他方の管路３７内の冷媒と間接熱交換して加温される。さらに、その管路３６の上部には、前記各実施例と同様に、吸入路１８を介して蒸気圧縮機４が接続されており、貯水部からの水蒸気が蒸気圧縮機４へ吸入される。その他の構成および制御は、前記実施例５と同様のため、説明は省略する。
【実施例８】
【００７８】
図８は、本発明の水冷却装置の実施例８が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例８の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例５と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００７９】
本実施例８は、中空タンク３４内に管路３５を配置し、この管路３５内にヒートポンプ６の冷媒を通す点では、前記実施例５と共通する。ただ、本実施例８では、管路３５の全部（場合により一部でもよい）が、貯留水に浸漬されずに、中空タンク３４の気相部に配置される。そして、中空タンク３４内の水は、循環ポンプ３８により、中空タンク３４上部のノズル３９から下方へ噴霧される。つまり、気相部に配置された管路３５へ向けて、ノズル３９から水が噴霧される。噴霧されることで水の蒸発が促され、その蒸発潜熱による冷媒の冷却が一層促される。その他の構成および制御は、前記実施例５と同様のため、説明は省略する。
【実施例９】
【００８０】
図９は、本発明の水冷却装置の実施例９が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例９の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例５と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００８１】
本実施例９は、蒸発器２６の構成において、前記実施例５と異なる。すなわち、前記実施例５では、中空タンク４０内に管路４１を通し、その管路４１にヒートポンプ６の冷媒を通す一方、中空タンク４０には水を循環させたが、本実施例９では、中空タンク４０内にヒートポンプ６の冷媒を通し、管路４１内に水を通した。その他の構成および制御は、前記実施例５と同様のため、説明は省略する。本実施例９の蒸発器２６の構成は、前記実施例５に限らず、その他の実施例においても同様に適用可能であることは言うまでもない。
【実施例１０】
【００８２】
図１０は、本発明の水冷却装置の実施例１０が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例１０の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例５と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００８３】
本実施例１０は、蒸発器２６の構成において、前記実施例５と異なる。すなわち、前記実施例５では、蒸発器２６は中空タンク４０とその内側を通される管路４１とから構成したが、本実施例１０では、蒸発器２６は、二つの管路４２，４３を有する間接熱交換器とされ、一方の管路４２を水流路とし、他方の管路４３を冷媒流路として使用される。冷媒流路には、前記実施例５と同様にヒートポンプ６の冷媒が通され、水流路には、前記実施例９と同様に水が通される。その他の構成および制御は、前記実施例５と同様のため、説明は省略する。本実施例１０の蒸発器２６の構成は、前記実施例５に限らず、その他の実施例においても同様に適用可能であることは言うまでもない。
【実施例１１】
【００８４】
図１１は、本発明の水冷却装置の実施例１１が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例１１の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例５と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００８５】
本実施例１１では、中空タンク３４への補水路２２には、補水弁２４の代わりに、送水ポンプ５１が設けられ制御される。つまり、中空タンク３４へは、送水ポンプ５１を介して、水が供給可能とされる。送水ポンプ５１は、オンオフ制御されてもよいし、流量調整可能にインバータ制御されてもよい。あるいは、送水ポンプ５１に加えて補水弁を設けて、送水ポンプ５１を作動させた状態で補水弁の開度を調整することで、中空タンク３４への給水量の調整を図ってもよい。
【００８６】
また、本実施例１１では、蒸気圧縮機４は、中空タンク３４内の気体を、気水分離器５２を介して吸引排出する。つまり、蒸気圧縮機４への吸入路１８の中途に気水分離器５２が設けられており、気水分離器５２において液滴の分離が図られた蒸気が、蒸気圧縮機４へ供給される。そして、蒸気圧縮機４から吐出される蒸気は、蒸気利用機器へ送られる。
【００８７】
一方、気水分離器５２で分離された水は、スチームトラップ５３を介して導出される。その水の利用方法は、特に問わないが、ここではボイラ２への給水の予熱に用いられる。具体的には、スチームトラップ５３を介して導出される水は、ボイラ２への給水タンク９へ供給される。気水分離器５２からの水は、熱水であるから、ボイラ２への給水の予熱を図ることができる。その他の構成および制御は、前記実施例５と同様のため、説明は省略する。
【実施例１２】
【００８８】
図１２は、本発明の水冷却装置の実施例１２が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例１２の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例５と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。なお、本実施例１２は、前記実施例１１の変形例ともいえる。
【００８９】
本実施例１２では、蒸気圧縮機４は、中空タンク３４内の気体を、気水分離器５２を介して吸引排出する。つまり、蒸気圧縮機４への吸入路１８の中途に気水分離器５２が設けられており、気水分離器５２において液滴の分離が図られた蒸気が、蒸気圧縮機４へ供給される。
【００９０】
気水分離器５２で分離された水は、スチームトラップ５３を介して導出される。この水は、前記実施例１１では、ボイラ２への給水タンク９へそのまま供給されたが、本実施例１２では、気水分離器５２からの水は、補給水との間接熱交換器５４を介して、貯水部としての中空タンク３４へ戻される。間接熱交換器５４から中空タンク３４への送水路には、送水ポンプ５１が設けられている。
【００９１】
間接熱交換器５４では、気水分離器５２からの熱水で、補給水（純水または軟水）が加熱される。そして、このようにして加熱された水は、ボイラ２の給水タンク９へ供給される。このようにして、ボイラ２への給水の予熱を図ることができる。気水分離器５２からの水を直接に給水タンク９へ送る場合と比べて、水質の管理が容易となる。
【００９２】
また、本実施例１２では、蒸気圧縮機４から吐出される蒸気は、実施例３や実施例４と同様に、補給水との間接熱交換器３３を介して、貯水部としての中空タンク３４へ供給される。たとえば、前記実施例３と同様に、間接熱交換器３３では、蒸気圧縮機４からの蒸気で、補給水（純水または軟水）が加熱され、蒸気化される。そして、その蒸気は、蒸気エンジン３からの排蒸路１５と合流するなどして、蒸気利用機器へ送られる。あるいは、前記実施例４と同様に、間接熱交換器３３では、蒸気圧縮機４からの蒸気で、補給水（純水または軟水）が加熱され、このようにして加熱された水を、ボイラ２の給水タンク９へ供給してもよい。いずれの場合も、間接熱交換器３３で熱交換後の蒸気の凝縮水は、スチームトラップ５５および送水ポンプ５１を介して、中空タンク３４へ戻される。その他の構成および制御は、前記実施例５と同様のため、説明は省略する。
【００９３】
本発明の水冷却装置は、前記各実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、前記各実施例では、蒸気圧縮機４および冷媒圧縮機５の双方が蒸気エンジン３により駆動されたが、一方または双方が電動機により駆動されてもよい。たとえば、前記実施例１において、蒸気圧縮機４および冷媒圧縮機５の双方を電動機で駆動してもよい。その際、図１３に示すように、両圧縮機４，５を共通の電動機４４で駆動してもよいし、図１４に示すように、各圧縮機４，５を個別に電動機４４，４４で駆動してもよい。また、図１４において、一方または双方の電動機４４を、蒸気エンジン３としてもよい。このような変更は、前記実施例１に限らず、その他の実施例も同様に可能である。なお、図１３および図１４は、圧縮機４，５の駆動部のみを示しており、他の構成は省略している。
【００９４】
また、前記各実施例において、ヒートポンプ６を複数段としてもよい。たとえば、図１５に示すように、前記ヒートポンプ６としての第一ヒートポンプ４５の他に、第二ヒートポンプ４６をさらに備えてもよい。第二ヒートポンプ４６も第一ヒートポンプ４５と同様の構成であり、冷媒圧縮機４７、凝縮器４８、膨張弁４９および蒸発器５０が順次環状に接続されて構成される。また、各ヒートポンプ４５，４６の冷媒は、所望の凝縮器４８の凝縮温度、所望の蒸発器５０の蒸発温度に応じて適宜選定することができる。
【００９５】
そして、第一ヒートポンプ４５の凝縮器７は、第一ヒートポンプ４５の冷媒と貯水タンク８の水との間接熱交換器とされる。また、第一ヒートポンプ４５の蒸発器２６は、第二ヒートポンプ４６の凝縮器４８でもあり、第一ヒートポンプ４５の冷媒と第二ヒートポンプ４６の冷媒との間接熱交換器とされる。そして、第二ヒートポンプ４６の蒸発器５０は、第二ヒートポンプ４６の冷媒と冷却器への水との間接熱交換器とされる。その他の構成および制御は、前記実施例１などと同様である。
【００９６】
ヒートポンプを複数段とすることで、圧縮比を抑えることができ、各段のヒートポンプの圧縮機や蒸発器などの構成を小型化することができる。すなわち、一段のヒートポンプでは、圧縮比が高くなり効率が悪くなるが、複数段とすることで、最適な圧縮比で運転することが可能となる。
【００９７】
なお、図１５では、図１４と同様に、各圧縮機４，５，４７が電動機４４により駆動されるが、図１と同様に蒸気エンジン３により駆動されてもよいことは勿論である。また、図１５では図１４のヒートポンプを複数段とした例を示したが、ヒートポンプを複数段とすることは、その他の実施例にも同様に適用可能である。
【００９８】
さらに、図１５では、第一ヒートポンプ４５に第二ヒートポンプ４６のみを設けたが、ヒートポンプの段数をさらに増やしてもよい。すなわち、第一ヒートポンプ４５の他に、第二または第三以降のヒートポンプ（これを「追加ヒートポンプ」と呼ぶことにする）をさらに備えてもよい。その場合、第一ヒートポンプ４５の蒸発器２６は、第一ヒートポンプ４５の冷媒と最上段の追加ヒートポンプの冷媒との間接熱交換器とされて、最上段の追加ヒートポンプの凝縮器でもある。また、最下段の追加ヒートポンプの蒸発器は、最下段の追加ヒートポンプの冷媒と冷却器への水との間接熱交換器とされる。なお、最上段と最下段の各ヒートポンプに挟まれるヒートポンプは、凝縮器が一つ上段のヒートポンプの蒸発器でもあり、蒸発器が一つ下段のヒートポンプの凝縮器でもある。
【００９９】
最後に、本発明の水冷却装置は、空調や食品冷却など以外に、エンジンなどの比較的高温物の冷却に用いてもよい。たとえば、ガスエンジンに前記冷却器としてジャケットを設け、このジャケットに本発明の水冷却装置で得られた冷水またはそれと熱交換された冷媒を通して、ガスエンジンの冷却を図ってもよい。
【０１００】
さらに、本発明の水冷却装置は、工場などから排出される温水を冷却するのにも用いることができる。たとえば、工場から６０〜１００℃の廃温水が大量に出る場合があるが、それらは従来、水を再利用する場合には、大型のクーリングタワーで冷却しており、水を再利用しない場合には、法規制により４０℃未満に冷却しなければならない関係上、工業用水（水道水）を混ぜることで冷却した後、河川などへ排水されている。
【０１０１】
ところが、このような廃温水の冷却に、本発明の水冷却装置を用いることができる。具体的には、たとえば実施例１１や実施例１２において、ヒートポンプ６の蒸発器２６に、工場からの高温の排水を流し、蒸発器２６において冷却後、再利用または河川などへ排水すればよい。このようにすれば、クーリングタワーが不要となり、イニシャルコストやランニングコストの低減を図ることができ、また冷却用水の削減を図ることができる。しかも、廃温水の冷却時に得られるエネルギーにより、蒸気や熱水を得ることもできる。
【符号の説明】
【０１０２】
１  蒸気利用システム
２  ボイラ
３  蒸気エンジン
４  蒸気圧縮機
５  冷媒圧縮機
６  ヒートポンプ
７  凝縮器
８  貯水タンク（貯水部）
９  給水タンク
１８  吸入路
１９  吐出路
２０  注水路
２１  注水弁
２５  膨張弁
２６  蒸発器
３０  冷水供給路
３３  間接熱交換器
３４  中空タンク
３５  管路
３８  循環ポンプ
３９  ノズル
４５  第一ヒートポンプ
４６  第二ヒートポンプ（追加ヒートポンプ）
４８  （第二ヒートポンプの）凝縮器
５０  （第二ヒートポンプの）蒸発器
５２  気水分離器
５４  間接熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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